主成分分析法對甜仁用杏品種 “龍王帽”種子苗優(yōu)良類型的篩選

羅新凱,羅振興,王 利,王志遠(yuǎn),田振鐸,楊淑梅,冷志巍,馮淑華

(1.白城市林業(yè)科學(xué)研究院,吉林 白城 137000;2.通榆縣林業(yè)局,吉林 通榆 137200;3.白城市種子管理站,吉林 白城 137000)

甜仁用杏是我國的特有樹種，甜杏仁不僅口感香甜，而且營養(yǎng)價值極高，據(jù)馮小雨研究杏仁中粗脂肪含量50.33%，總糖21.24%，蛋白質(zhì)19.25%，還含有K、Ca、Na、Mg、Fe、Zn、Mn和Cu等8種礦質(zhì)元素[1]。目前甜仁用杏主栽品種為“龍王帽”、“一窩蜂”和“優(yōu)一”等，抗寒性好，耐旱能力極強(qiáng)，年降雨量達(dá)到300 mm即可滿足其生長結(jié)實的需要[2]，因此適合在我國北方干旱地區(qū)栽培。但目前我國甜仁用杏栽培面積極小，年產(chǎn)量僅1 100 t(2008年統(tǒng)計)，人均占有量僅0.55 g[3]，每年還需對臺灣和香港大量出口，因此擴(kuò)大甜仁用杏的生產(chǎn)面積對提高人民生活水平，發(fā)展中國特色農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)意義重大。

吉林省白城市位于科爾沁草原東部，具有大面積的風(fēng)沙地和半山區(qū)丘陵，氣候干旱少雨，非常適合甜仁用杏的栽培，當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有“龍王帽”等品種生產(chǎn)園70 hm2，即使靠自然降雨，每年也能有較高的產(chǎn)量，因此當(dāng)?shù)乜纱竺娣e發(fā)展甜仁用杏栽培。

目前甜仁用杏育種主要通過對生產(chǎn)園等資源調(diào)查來發(fā)現(xiàn)一些變異，如1998年遼寧省果樹研究所選育出“超仁”、“國仁”、“油仁”和“豐仁”[4]，2007年河北省圍場選育出“圍選1號”[5]等，通過雜交育種進(jìn)行新品種選育工作做得極少，白城市林業(yè)科學(xué)研究院通過播種龍王帽種子2016年從中選育出2個優(yōu)良無性系[6]。

主成分分析法可對多個變量進(jìn)行綜合分析，趙曉梅采用主成分分析法對杏品種進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性狀分析并進(jìn)行了優(yōu)良品種選擇[7]，郭愛華對杏各品種抗寒性進(jìn)行主成分分析[8]，在育種方面國內(nèi)對甜玉米育種和蟹爪蘭資源采用了主成分分析[9,10]，此次我們將對龍王帽種子苗通過主成分分析進(jìn)行優(yōu)良品系篩選。

1 材料和方法

2008年播種龍王帽種子，獲得60株實生苗，2013年開始結(jié)果，其中苦仁類型52株，甜仁類型8株。試驗地在白城市林業(yè)科學(xué)研究院甜仁用杏雜種圃內(nèi)，土壤為黑鈣土，pH值8.06，含鹽量0.66%，土壤有機(jī)質(zhì)2.81%；試驗樹木為龍王帽種子苗實生苗甜仁類型，株距2 m，行距1 m，試驗時間為2016年，對甜仁類型調(diào)查果實產(chǎn)量、核重、仁重、樹高和地徑，使用spss軟件對試驗結(jié)果進(jìn)行主成分分析，確定優(yōu)良品系。

2 結(jié)果與分析

2.1 各品系主要形狀調(diào)查結(jié)果

各品系主要性狀調(diào)查結(jié)果表1。

將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理得到表2。

2.2 相關(guān)系數(shù)分析

對各性狀兩兩之間進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果見表3。

相關(guān)系數(shù)絕對值0～0.09為沒有相關(guān)性， 0.1～0.3為弱相關(guān)，0.3～0.5為中等相關(guān)，0.5～1.0為強(qiáng)相關(guān)。

通過性關(guān)系數(shù)分析看出，地徑與樹高之間為強(qiáng)相關(guān)性，與單仁重、單核重和果實產(chǎn)量為弱的負(fù)相關(guān)性；樹高與單核重和單仁重為弱相關(guān)，與果實產(chǎn)量為負(fù)的中等相關(guān)，即樹體越高的品系產(chǎn)量越低；果實產(chǎn)量與單核重為中等相關(guān)，與單仁重為強(qiáng)相關(guān)；單核重與單仁重之間為強(qiáng)相關(guān)。

表3 各指標(biāo)相關(guān)系數(shù)

2.3 主成分分析

首先進(jìn)行KMO檢驗，5個性狀指標(biāo)KMO值為0.386，KMO值小于0.5時不適合做主成分分析，通過上面相關(guān)系數(shù)分析我們知道地徑只與樹高呈強(qiáng)相關(guān)，與各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為弱的負(fù)相關(guān)，因此去掉該項指標(biāo)對其余4個性狀指標(biāo)重新做KMO檢驗，結(jié)果KMO值=0.541，可以進(jìn)行主成分分析。

通過各指標(biāo)相關(guān)矩陣可求出4個主成分，并得出各主成分的方差貢獻(xiàn)率，各主成分初始特征值及對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率見表4。根據(jù)表4，第一和第二主成分值大于1，其方差貢獻(xiàn)率累計達(dá)到93.117%，保存了各指標(biāo)的絕大多數(shù)信息，因此提出這2個主成分，記作Y1和Y2。

表4 各主成分方差貢獻(xiàn)率

求出各性狀指標(biāo)的成分系數(shù)得分矩陣，見表5。

表5 各指標(biāo)的成分系數(shù)得分矩陣

通過表5，得出2個主成分由各性狀變量的線性組合公式為：

(代數(shù)式1)

可以看出第一主成分Y1主要受單仁重和單核重影響，果實產(chǎn)量影響也較大，第二主成分Y2主要受樹高的影響和果實產(chǎn)量的負(fù)影響，單仁重和單核重得分系數(shù)小，對Y2影響不大。

將表2的數(shù)據(jù)代入代數(shù)式1中，得出各品系第1和第2主成分得分，用 FAC1和FAC2表示，結(jié)果見表6。

表6 各品系主成分得分

第一主成分“23號”得分最高，其次是“24號”和“5號”，這三個品系仁重、核重等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高于其他品系。

將表6中各品系2個主成分得分作出散點圖，見圖1，可更直觀表示各品系的性狀。

圖1 各品系主成分得分散點圖

“2號”、“5號”和“23號”處于第一象限，F(xiàn)AC1>0，因此經(jīng)濟(jì)性狀好，但“2號”FAC1值太小，與“5號”相差太大，經(jīng)濟(jì)性狀不夠理想；FAC2>0，因此“5號”和“23號”樹體具有高度優(yōu)勢，其生長勢略強(qiáng)。“24號”位于第四象限，F(xiàn)AC1>0并且超過“5號”，因此經(jīng)濟(jì)性狀非常好，F(xiàn)AC2<0，說明其不具備高度優(yōu)勢，生長勢弱。

其余品系處于第二、第三象限和縱坐標(biāo)軸上，F(xiàn)AC1<=0，經(jīng)濟(jì)性狀都很差。

通過上述分析，可篩選出“5號”、“23號”和“24號”3個經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良的品系。

3 結(jié)論

(1)雜種后代的篩選需要考慮包括經(jīng)濟(jì)性狀在內(nèi)的多個性狀，在初選階段如果對各個性狀逐個比較分析往往顧此失彼，既抓不住重點，又會遺漏一些問題，因此采用主成分分析法降維，可將所有的性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)化成幾個綜合指標(biāo)，在損失較少信息的前提下分析問題既全面又簡化[11]；筆者試驗第一和第二主成分方差累計貢獻(xiàn)率達(dá)到93.117%，可以表達(dá)全部性狀信息。

(2)第一主成分在單仁重方面的得分系數(shù)最大，單核重略次之，在果實產(chǎn)量方面得分系數(shù)也較大，因此第一主成分代表經(jīng)濟(jì)性狀，得分高的品系即為優(yōu)良品系，得分最高的前3個品系“23號”、“24號”和“5號”可確定為優(yōu)良品系；第二主成分主要代表樹高這一生長勢性狀，“23號”和“5號”第二主成分得分>0，因此具有一定的生長優(yōu)勢。

(3)筆者試驗在進(jìn)行主成分分析前進(jìn)行了KMO測度，KNO測度是判斷變量(指標(biāo))是否適合做因子分析的統(tǒng)計檢驗方法之一，只有KMO值大于0.5時，才可進(jìn)行因子分析，在樣品數(shù)量較少情況下，變量過多也很難滿足KMO值>0.5。筆者試驗在開始KMO值過低的情況下刪除了地徑這一相關(guān)性不強(qiáng)的變量，使KMO值符合了因子分析的要求，從而保證分析過程正當(dāng)合理，結(jié)果正確可信。